[发明专利]一种球头铣刀铣削加工表面形貌预测方法及系统

说明书

本发明公开了一种球头铣刀铣削加工表面形貌预测方法及系统，其技术方案为：包括：根据切削刃运动轨迹曲面解析模型，得到切削刃运动轨迹曲面；离散切削刃运动轨迹曲面，建立切削刃运动轨迹曲面的三角形网格模型；在铣削加工表面形貌采样区域建立表面形貌采样竖直参考线，并结合三角形网格模型提取表面形貌特征点；遍历表面形貌特征点，得到铣削加工表面的三维表面形貌。本发明不需要调整刀齿离散长度和加工时间离散步长，提高了计算效率；预测结果对刀具、工件的离散尺寸依赖低，提高了模型稳定性。

技术领域

本发明涉及数控铣削加工技术领域，尤其涉及一种球头铣刀铣削加工表面形貌预测方法及系统。

背景技术

为了满足日益增长的美观性和使役性等方面的需求，复杂曲面结构被广泛应用于航空航天、模具和生物医用植入等领域的众多工业产品及零件的重要工作面。球头铣刀具有几何自适应好、轨迹规划算法简单、干涉易于检测等优点，被广泛应用于复杂曲面的数控加工。

表面形貌是铣削加工表面质量的重要内容，其对零件表面的光洁度(美观性)和使役性能(流体力学、耐磨性、抗腐蚀性)均具有重要影响。球头铣刀铣削加工过程中，复杂的切削刃几何结构和多变的刀具倾角，使得切削刃轨迹曲面非常复杂，因此很难精确预测球头铣削加工表面形貌，导致预测加工表面形貌与实际加工表面形貌存在较大差距，而在精密加工中将极大地影响铣削加工表面质量和零件的性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种球头铣刀铣削加工表面形貌预测方法及系统，不需要调整刀齿离散长度和加工时间离散步长，提高了计算效率；预测结果对刀具、工件的离散尺寸依赖低，提高了模型稳定性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种球头铣刀铣削加工表面形貌预测方法，包括：

根据切削刃运动轨迹曲面解析模型，得到切削刃运动轨迹曲面；

离散切削刃运动轨迹曲面，建立切削刃运动轨迹曲面的三角形网格模型；

在铣削加工表面形貌采样区域建立表面形貌采样竖直参考线，并结合三角形网格模型提取表面形貌特征点；

遍历表面形貌特征点，得到铣削加工表面的三维表面形貌。

作为进一步的实现方式，利用表面竖直采样参考线与切削刃运动曲面三角形网格单元的交点来提取表面形貌特征点。

作为进一步的实现方式，计算任意选定表面形貌采样竖直参考线与所有切削刃运动轨迹曲面三角形网格单元的交点，并从中提取出表面形貌采样竖直参考线与所有三角形网格的最低交点。

作为进一步的实现方式，比较最低交点与表面形貌采样竖直参考线和工件待加工表面的交点，选取两者中具有最小坐标的点为表面形貌特征点。

作为进一步的实现方式，基于铣削加工中刀具与工件之间的相对运动关系，利用齐次坐标变换原理建立切削刃运动轨迹曲面解析模型。

作为进一步的实现方式，利用等参数线法对切削刃运动轨迹曲面进行离散，建立切削刃运动轨迹曲面的三角形网格模型。

作为进一步的实现方式，分别沿轴向浸入角κ和加工时间t方向，将任意选定切削刃j的运动轨迹曲面离散为一系列的三角形网格单元Δ_j,k；其中，k表示该选定切削刃j的运动轨迹曲面中三角形网格单元编号，k＝1,2,...,n_e，n_e表示该选定切削刃轨迹曲面上的三角形网格数量。

作为进一步的实现方式，对于切削刃j，其运动轨迹曲面的三角形网格模型即为其三角形网格单元的集合。